由于在环境、工业催化领域的良好应用前景,目前对于含过渡金属分子筛非均相催化剂的研究备受关注。向分子筛骨架或表面引入高度分散的过渡金属(或过渡金属化合物)结构单元,通过对其微观结构与性能变化的研究,揭示活性与组成及结构之间的关联,无论对高效催化剂的设计还是揭示催化作用的微观机理都具有重大的理论和实际意义。固-液非均相催化作为环境科学领域中的一项比较新颖的技术,在受污染环境修复及废水处理领域具有广阔的发展潜力。 本文以多种具不同孔道结构的微孔和介孔分子筛为载体,采用直接合成和后处理方法制备了一系列含过渡金属(以铁为主要研究对象)的固-液非均相催化剂,以傅立叶变换红外光谱、X射线衍射光谱、扫描电子显微镜成相、X射线光电子能谱等仪器分析手段表征了分子筛负载铁的组成、表面赋存状态和微观结构。以蒽醌染料活性艳蓝KN-R为模型有机污染物,研究比较了上述含铁分子筛非均相催化剂的催化氧化性能,考察了热处理操作对催化剂活性与稳定性的影响,并详细分析了主要反应参数(包括反应体系pH、模拟污染物KN-R初始浓度、催化剂/氧化剂-过氧化氢剂量比等)在高级氧化过程中的影响规律,利用伪一级动力学计算了染料氧化脱色反应的表观动力学常数Ka,从中筛选出最佳的高级氧化处理工艺及参数。进一步引入有机酸配合态铁负载制备工艺及电子传递体非均相催化助剂,提高上述含铁非均相分子筛催化剂的催化氧化效率。 论文得到如下重要结果：(1)含过渡金属铁(II)杂原子的催化剂在蒽醌染料KN-R的氧化脱色反应体系中较含钴(II)、镍(II)杂原子的催化剂具有更佳催化氧化性能。(2)介孔分子筛材料较微孔分子筛具有更大平均孔径,因而对有机物分子具有更佳的吸附能力。以其为载体的含铁非均相分子筛催化剂具有较高的染料KN-R脱色活性,在pH=2.5,氧化剂H2O2投加剂量为50.0 mmol/L,催化剂投加剂量为4.0 g/L的条件下,初始浓度250 mg/L的KN-R模拟染料废水,于玻璃反应器内室温及自然光照下反应30 min,染料脱色率可达95％以上,矿化率达60％以上。但是介孔分子筛非均相催化剂的稳定性较差,铁溶出损失过高,经3次循环使用后即不能表现出良好的染料脱色性能,250 mg/L染料KN-R反应2h后脱色率仍不足65％。(3)ZSM-5为载体的含铁催化剂可以获得较均相Fenton催化剂更佳的催化氧化性能,合成方法和焙烧活化处理过程均对该催化剂的活性和稳定性产生极大影响。经共沉淀制备,并经450℃焙烧活化处理的Fe-ZSM-5催化剂显示出最佳催化氧化能力,在pH=2.5,催化剂投加剂量4.0 g/L,H2O2投加剂量30,0 mmol/L的反应条件下,可于20 min完成对250 mg/L KN-R模拟废水的有效脱色。经3次循环使用后,上述催化剂仍表现出良好的染料脱色反应性能。(4)低分子量有机酸配合态铁负载非均相催化剂具有显著提高的催化氧化能力,经筛选最终确定草酸(盐)为配体、13X/3A型沸石分子筛为载体；及柠檬酸(盐)为配体、Y型沸石分子筛为载体的配合态铁负载非均相分子筛催化剂具有最佳染料氧化脱色性能和良好的负载铁稳定性。上述催化剂须于40℃以下干燥,且可不经焙烧处理。适用pH条件为pH<3.0,氧化剂H2O2/催化剂剂量比在1.4:1.0-6.9:1.0范围内对催化反应性能无影响,250～500 mg/L KN-R模拟废水均可被有效脱色。催化剂重复利用三次后,1 h内对250 mg/L染料KN-R的脱色率仍可达95％以上,具有长期反应活性和较长使用寿命,含潜在工业应用价值。(5)开展了由载体和具助催化活性的醌/氢醌类分子组成的非均相电子传递体催化助剂的制备和性能研究,自制备的以茜素紫为助剂分子的非均相催化助剂可使含铁非均相分子筛催化剂高级氧化降解染料KN-R的反应速率提高数倍。助催化剂经循环使用,未发现明显的活性降低,可广泛应用于工业废水及城市生活污水中有机污染物的净化处理。本论文的创新点：1)系统研究比较了过渡金属铁(含离子态和配合态铁)与不同类型微孔、介孔分子筛组合催化剂对活性艳蓝KN-R的氧化脱色,表征了负载铁的组成、存在状态和微观结构,筛选出若干具有优良催化氧化性能及稳定性的含铁催化剂。2)首次发现微孔沸石分子筛负载低分子量有机酸配合态铁较直接铁负载具有更加卓越的非均相催化氧化性能,且获得的负载型含铁催化剂较直接铁负载结构更加稳定,具有良好的推广前景。3)制备了以茜素紫为电子传递体系,具有催化活性和稳定性的新型非均相催化助剂,运用该助催化体系可大幅提高含铁非均相分子筛催化剂的高级氧化反应效率。